Астрофизики ДВФУ поставили под сомнение теорию Ми

Оказалось, что десятимикронная силикатная особенность актуальна для крупных пылевых частиц.

Астрофизики Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с российскими и зарубежными коллегами изучили 15 образцов силикатного минерала оливина диаметром полмиллиметра и обнаружили, что крупные и плотные частицы неправильной формы проявляют десятимикронную силикатную особенность, характерную для множества комет и протопланетных дисков. Результаты эксперимента не согласуются с теорией Ми, которую применяют для моделирования кометных частиц, и могут повлиять на результаты исследований дальнего и ближнего космоса. Статья об этом опубликована в журнале Icarus. 

Силикатной особенностью измеряемого космического объекта астрофизики называют ряд пиков в определенной области инфракрасного спектра. Они характерны для силикатов, минералов, из которых на Земле состоит масса горных пород. Группа пиков располагается в спектре на длинах волн 9.2, 10.0, 10.5, 11.2 и 11.9 микрометров. Поскольку все они находятся рядом со значением длины волны 10 микрон, феномен назвали десятимикронной силикатной особенностью. 

Изучая световые спектры пылевых частиц протопланетных дисков и комет с силикатной особенностью, многие ученые использовали для моделирования теорию Ми. В теории вводятся ограничения по размеру и форме частиц: пылевая частица может проявлять силикатную особенность если она сферической формы, но размером менее 1 микрометра, либо большего размера, но имеет пористую структуру или состоит из отдельных мелких фрагментов. 

«Такое строение частиц не соответствует тому, что обнаружили на высокоточных изображениях при исследовании кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, и не согласуется с частью наземных исследований, что позволяет задавать к методу моделирования ряд вопросов. — Рассказывает Екатерина Чорная, аспирант Школы естественных наук ДВФУ. — Мы поставили эксперимент, чтобы выяснить, возможно ли воспроизвести силикатную особенность у достаточно крупных частиц оливина, которые можно представить аналогами космической пыли. Выбранные частицы имели размер намного более 1 микрона и плотную структуру, что уже не соответствует ограничениям, установленным теорией Ми. Частицы оливина не были пористыми и не состояли из отдельных мелких фрагментов, но мы доказали, что они также обладают силикатной особенностью». 

Результаты эксперимента снимают ограничения по обязательной сферичности и размеру частиц, которые продуцируют десятимикронную силикатную особенность, и могут существенно повлиять не только на знания о кометах, но и дальнем космосе. 

Молодые астрофизики из ДВФУ Екатерина Чорная и Антон Кочергин уже несколько лет изучают микрофизические свойства кометной пыли: исследуют принципы движения космических пылевых частиц под действием солнечного излучения и проводят лабораторные эксперименты с их аналогами. Цель исследований – пролить свет на эволюционные процессы Солнечной системы. Это фундаментальное направление, которым занимаются многие научные группы по всему миру. 

Практические измерения (поляриметрию и фотометрию комет) ученые ДВФУ осуществляют на базе Уссурийской астрофизической обсерватории Института прикладной астрономии РАН. 

Частицы оливина были исследованы с применением новейшего оборудования на базе научно-образовательного центра «Наноцентр» ДВФУ. 

В работе приняли участие ученые Школы естественных наук ДВФУ, Гуманитарного колледжа в составе Университета Кёнг Хи (Южная Корея), Департамента Астрономии и космических наук Университета Кёнг Хи (Южная Корея), Института прикладной астрономии Российской академии наук, Института космических наук (США).